Tranzystor nie bazujący na półprzewodnikach

Tranzystor niebazujący na pólprzewodnikach

Od dziesięcioleci urządzenia elektroniczne wciąż stają się coraz mniejsze. Obecnie możliwe jest, a w zasadzie stało się to standardem, że na jednej płytce krzemowej udaje się umieścić wiele milionów tranzystorów.

Jednak, tranzystory oparte na półprzewodnikach mają swoje fizyczne ograniczenia, które stoją na przeszkodzie pędowi ku miniaturyzacji. „Biorąc pod uwagę tempo rozwoju technologicznego, za 10 czy 20 lat nie będziemy w stanie uzyskać mniejszych tranzystorów.", powiedział fizyk, Yoke Khin Yap z MIT. „Ponadto, półprzewodniki mają jedną zasadniczą wadę - generują dużo energii na straty cieplne."

Naukowcy eksperymentowali już z różnymi materiałami na tranzystory, by móc rozwiązać problemy, które niesie ze sobą eksploatowanie do ich budowy krzemu. Już w 2007 roku, Yap chciał spróbować czegoś innego – czegoś, co mogło otworzyć drzwi do nowej ery elektroniki.

„Chodziło o to, aby stworzyć tranzystor, posiłkując się metalowymi izolatorami w rozmiarach nano.", powiedział. „W zasadzie, jeśli dobrze się to zrobi, by stworzyć tranzystor , wystarczy wziąć kawałek tworzywa sztucznego i rozprowadzić garstkę proszku metalowego na jego powierzchni. My staraliśmy się stworzyć takie urządzenie w skali nanometrowej, więc wybraliśmy maleńki izolator, na którego składały się nanorurki azotku boru (BNNT)."

Zespół naukowców, pod wodzą Yapa, odkrył, w jaki sposób tworzyć powierzchnię izolujące z BNNT o bardzo wysokiej rezystancji. Za pomocą laserów rozmieścił na niej plamki kwantowe ze złota (QD), których szerokość wynosiła jedynie 3nm. Struktura BNNT sprzyja takiemu rozkładowi, pozwalając na pełną ich kontrolę. Wszystko to miało miejsce w temperaturze pokojowej.

We współpracy z naukowcami z Oak Ridge National Laboratory (ORNL), zespół zasilił urządzenie, a elektrony przeskoczyły pomiędzy kropkami kwantowymi w ściśle określony sposób. Nastąpiło zjawisko kontrolowanego tunelowania kwantowego.

„Wyobraźmy sobie nanorurki jako rzeki z elektrodami na każdym z brzegów. Następnie wyobraźmy sobie małe kamienie na rzece, które pozwalają ją przebyć. Elektrony przeskakują z kamienia na kamień, którymi są plamki złota. QD są tak małe, że zmieści się na nich na raz tylko jeden elektron. Ponadto, każdy z nich, chcąc przejść przez „rzekę", musi pokonać tę samą ścieżkę, co sprawia, że nasze urządzenie jest zawsze stabilne."

Zespół Yapa stworzył, więc tranzystor bez użycia półprzewodników. Stan aktywności elektronów zależy ściśle od napięcia pomiędzy elektrodami. Co więcej, w stworzonym tranzystorze, nie występują praktycznie straty cieplne.

Wielu innych fizyków próbowało dotychczas stworzyć urządzenie kwantowe naśladujące tranzystor. Udało się to, jednak tylko w bardzo niskich temperaturach.

Sekretem powodzenia eksperymentu Yapa jest skala, która pozwala na przeważanie efektów kwantowych w całym procesie. Teoretycznie tunele mogą być zminiaturyzowane praktycznie do zera, co znosi ograniczenia obecnych tranzystorów.

Yap złożył międzynarodowy wniosek patentowy, który pozwoli mu chronić swój wynalazek.

(rr)